基于AT89C52單片機的溫控風扇設計(畢業(yè)論文).doc

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1、 第 36 頁 畢業(yè)論文（設計）題目：基于單片機的溫控風扇的設計湖南工業(yè)職業(yè)技術學院 Hunan Industry Polytechnic畢 業(yè) 實 踐類別項目承接與技術服務（畢業(yè)實踐）題目目 錄I摘 要III第一章 整體方案設計11.1 前 言11.2 系統(tǒng)整體設計11.3方案論證21.3.1 溫度傳感器的選擇21.3.2 控制核心的選擇31.3.3 溫度顯示器件的選擇31.3.4 調速方式的選擇3第二章 各單元模塊的硬件設計52.1系統(tǒng)器件簡介52.1.1 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介52.1.2 達林頓反向驅動器ULN2803簡介52.1.3 AT89C52單片機簡介62.1.4

2、 LED數(shù)碼管簡介72.2 各部分電路設計82.2.1 開關復位與晶振電路92.2.2 獨立鍵盤連接電路92.2.3 數(shù)碼管顯示電路102.2.4 溫度采集電路112.2.5 風扇電機驅動與調速電路12第三章 軟件設計143.1 程序設置143.2 用Keil C51編寫程序143.3 用Proteus進行仿真153.3.1 Proteus簡介153.3.2 本設計基于Proteus的仿真16第四章 系統(tǒng)調試214.1 軟件調試214.1.1 按鍵顯示部分的調試214.1.2 傳感器DS18B20溫度采集部分調試214.1.3 電動機調速電路部分調試214.2 硬件調試224.2.1 按鍵顯示

3、部分的調試224.2.2 傳感器DS18B20溫度采集部分調試224.2.3 電動機調速電路部分調試224.3 系統(tǒng)功能234.3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能234.3.2 系統(tǒng)功能分析23結 論24參考文獻25附錄1：電路總圖26附錄2：程序代碼2836基于單片機的溫控風扇的設計 摘 要溫控風扇在現(xiàn)代社會中的生產(chǎn)以及人們的日常生活中都有廣泛的應用，如工業(yè)生產(chǎn)中大型機械散熱系統(tǒng)中的風扇、現(xiàn)在筆記本電腦上的廣泛應用的智能CPU風扇等。本文設計了基于單片機的溫控風扇系統(tǒng)，采用單片機作為控制器，利用溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，并根據(jù)采集到的溫度，通過一個達林頓反向驅動器ULN2803驅動風扇電

4、機。根據(jù)檢測到的溫度與系統(tǒng)設定的溫度的比較實現(xiàn)風扇電機的自動啟動和停止，并能根溫度的變化自動改變風扇電機的轉速，同時用LED八段數(shù)碼管顯示檢測到的溫度與設定的溫度。關鍵詞：單片機、DS18B20、溫控、風扇第一章 整體方案設計1.1 前 言在現(xiàn)代社會中，風扇被廣泛的應用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們用的散熱風扇、工業(yè)生產(chǎn)中大型機械中的散熱風扇以及現(xiàn)在筆記本電腦上廣泛使用的智能CPU風扇等。而隨著溫度控制技術的發(fā)展，為了降低風扇運轉時的噪音以及節(jié)省能源等，溫控風扇越來越受到重視并被廣泛的應用。在現(xiàn)階段，溫控風扇的設計已經(jīng)有了一定的成效，可以使風扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化進行自動無級調速，當溫度升高

5、到一定時能自動啟動風扇，當溫度降到一定時能自動停止風扇的轉動，實現(xiàn)智能控制。隨著單片機在各個領域的廣泛應用，許多用單片機作控制的溫度控制系統(tǒng)也應運而生，如基于單片機的溫控風扇系統(tǒng)。它使風扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化實現(xiàn)自動啟停，使風扇轉速隨著環(huán)境溫度的變化而變化，實現(xiàn)了風扇的智能控制。它的設計為現(xiàn)代社會人們的生活以及生產(chǎn)帶來了諸多便利，在提高人們的生活質量、生產(chǎn)效率的同時還能節(jié)省風扇運轉所需的能量。本文設計了由ATMEL公司的8052系列單片機AT89C52作為控制器，采用DALLAS公司的溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，并通過一個達林頓反向驅動器ULN2803驅動風扇電機的轉動。同時使系統(tǒng)

6、檢測到得環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預設的溫度動態(tài)的顯示在LED數(shù)碼管上。根據(jù)系統(tǒng)檢測到得環(huán)境溫度與系統(tǒng)預設溫度的比較，實現(xiàn)風扇電機的自動啟停以及轉速的自動調節(jié)。1.2 系統(tǒng)整體設計本設計的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機AT89C52進行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當前環(huán)境溫度值以及預設溫度值。其中預設溫度值只能為整數(shù)形式，檢測到的當前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點后一位。同時采用PWM脈寬調制方式來改變直流風扇電機的轉速。并通過兩個按鍵改變預設溫度值，一個提高預設溫度，另一個降低預設溫度值。系統(tǒng)結構框圖如下：DS18B20溫度顯示獨立鍵盤AT89C52直流電機P

7、WM驅動電路晶振復位圖1.1系統(tǒng)構成框圖1.3方案論證本設計要實現(xiàn)風扇直流電機的溫度控制，使風扇電機能根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動啟停及改變轉速，需要比較高的溫度變化分辨率以及穩(wěn)定可靠的換擋停機控制部件1 李學龍. 使用單片機控制的智能遙控電風扇控制器J.電子電路制作，2003,9：1315.。1.3.1 溫度傳感器的選擇在本設計中，溫度傳感器的選擇有以下兩種方案：方案一：采用熱敏電阻作為檢測溫度的核心元件，并通過運算放大器放大，由于熱敏電阻會隨溫度變化而變化，進而產(chǎn)生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再經(jīng)模數(shù)轉換芯片ADC0809將微弱電壓變化信號轉化為數(shù)字信號輸入單片機處理。方案二：采用數(shù)字式的集

8、成溫度傳感器DS18B20作為溫度檢測的核心元件，由其檢測并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機進行處理。對于方案一，采用熱敏電阻作為溫度檢測元件，有價格便宜，元件易購的優(yōu)點，但熱敏電阻對溫度的細微變化不太敏感，在信號采集、放大以及轉換的過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關系的非線性，其自身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路來修正，但這不僅將使電路變得更加復雜，而且在人體所處環(huán)境溫度變化過程中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。對于方案二，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉化等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變得很小，并且由于其檢

9、測溫度的原理與熱敏電阻檢測的原理有著本質的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉化成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設計，又由于該溫度傳感器采用先進的單總線技術，與單片機的接口變得非常簡潔，抗干擾能力強，因此該方案適用于本系統(tǒng)。1.3.2 控制核心的選擇在本設計中采用AT89C52單片機作為控制核心，通過軟件編程的方法進行溫度檢測和判斷，并在其I/O口輸出控制信號。AT89C52單片機工作電壓低，性能高，片內(nèi)含8k字節(jié)的只讀程序存儲器ROM和256字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM，它兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)，單片價格也不貴，適合本設計系統(tǒng)。1.3.3 溫度顯示器件的選擇方案一：應用動態(tài)掃

10、描的方式，采用LED共陰極數(shù)碼管顯示溫度。方案二：采用LCD液晶顯示屏顯示溫度。對于方案一，該方案成本很低，顯示溫度明確醒目，即使在黑暗空間也能清楚看見，功耗極低，同時溫度顯示程序的編寫也相對簡單，因而這種顯示方式得到了廣泛應用。但不足的地方是它采用動態(tài)掃描的顯示方式，各個LED數(shù)碼管是逐個點亮的，因此會產(chǎn)生閃爍，但由于人眼的視覺暫留時間為20MS，故當數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼不會感覺到閃爍，因此只要描頻率設置得當即可采用該方案。對于方案二，液晶顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，其不僅能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形，這是LED數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊的元件價格昂貴，顯示驅動程序的編寫也

11、較復雜，從簡單實用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。1.3.4 調速方式的選擇方案一：采用數(shù)模轉換芯片DAC0832來控制，由單片機根據(jù)當前環(huán)境溫度值輸出相應數(shù)字量到DAC0832中，再由DAC0832產(chǎn)生相應模擬信號控制晶閘管的導通角，從而通過無級調速電路實現(xiàn)風扇電機轉速的自動調節(jié)。方案二：采用單片機軟件編程實現(xiàn)PWM（脈沖寬度調制）調速的方法。PWM是英文Pulse Width Modulation的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調節(jié)方式，在PWM驅動控制的調節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波PWM信號，在控制時需要調節(jié)PWM波得占空比。占空比是指高電平持續(xù)時間

12、在一個周期時間內(nèi)的百分比。在控制電機的轉速時，占空比越大，轉速就越快，若全為高電平，占空比為100%時，轉速達到最大 2 藍厚榮.單片機的PWM控制技術J .工業(yè)控制計算機，2010,23（3）:97982。用單片機I/O口輸出PWM信號時，有如下三種方法：(1) 利用軟件延時。當高電平延時時間到時，對I/O口電平取反，使其變成低電平，然后再延時一定時間；當?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對該I/O口電平取反，如此循環(huán)即可得到PWM信號。在本設計中應用了此方法。(2) 利用定時器?？刂品椒ㄅc(1)相同，只是在該方法中利用單片機的定時器來定時進行高低電平的轉變，而不是用軟件延時。應用此方法時編程相對復雜。

13、(3) 利用單片機自帶的PWM控制器。在STC12系列單片機中自身帶有PWM控制器，但本系統(tǒng)所用到得AT89系列單片機無此功能。對于方案一，該方案能夠實現(xiàn)對直流風扇電機的無級調速，速度變化靈敏，但是D/A轉換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調速功能相比性價比不高。 對于方案二，相對于其他用硬件或者軟硬件相結合的方法實現(xiàn)對電機進行調速而言，采用PWM 用純軟件的方法來實現(xiàn)調速過程，具有更大的靈活性，并可大大降低成本，能夠充分發(fā)揮單片機的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。綜合考慮選用方案二。第二章 各單元模塊的硬件設計系統(tǒng)主要器件包括DS18B20溫度傳感器、AT89C52單

14、片機、五位LED共陰數(shù)碼管、風扇直流電機、達林頓反向驅動器ULN2803。輔助元件包括電阻電容、晶振、電源、按鍵、撥碼開關等。2.1系統(tǒng)器件簡介2.1.1 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介DS18B20數(shù)字溫度傳感器，是采用美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供處理器處理。適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。DS18B20的主要特征：測量的結果直接以數(shù)字信號的形式輸出，以“一線總線”方式串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯

15、能力；溫度測量范圍在-55+125之間，在-10+85時精度為0.5；可檢測溫度分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5，0.25，0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫；它單線接口的獨特性，使它與微處理器連接時僅需一條端口線即可實現(xiàn)與微處理器的雙向通信；支持多點組網(wǎng)功能，即多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫的功能；工作電壓范圍寬，其范圍在3.05.5V3 郭天祥.新概念51單片機C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社.2009.3423443。DS18B20內(nèi)部結構主要有四部分：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其管腳有三個

16、，其中DQ為數(shù)字信號端，GND為電源地，VDD為電源輸入端。2.1.2 達林頓反向驅動器ULN2803簡介本系統(tǒng)要用單片機控制風扇直流電機，需要加驅動電路，為直流電機提供足夠大的驅動電流。在本系統(tǒng)驅動電路中，選用達林頓反向驅動器ULN2803來驅動風扇直流電機。ULN2803在使用時接口簡單，操作方便，可為電機提供較大的驅動電流，它實際上是一個集成芯片，單塊芯片可同時驅動8個電機。每個電機由單片機的一個I/O口控制，單片機I/O口輸出的為5V的TTL信號。ULN2803由8個NPN達林頓晶體管組裝而成，共18個引腳，引腳18分別是8路驅動器的輸入端，輸入信號可直接是TTL或CMOS信號；引腳1

17、118分別是8路驅動器的輸出端；引腳9為接地線，引腳10為電源輸入。當輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)選用的電機為12V直流無刷電機，可用ULN2803來驅動。2.1.3 AT89C52單片機簡介AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的一個低電壓、高性能的8位單片機，片內(nèi)器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存儲技術生產(chǎn)，與標準的MCS-51指令系統(tǒng)兼容，同時片內(nèi)置有通用8位中央處理器和8k 字節(jié)的可反復擦寫的只讀程序存儲器ROM以及256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，在許多許多

18、較復雜的控制系統(tǒng)中AT89C52單片機得到了廣泛的應用。AT89C52有40個引腳，各引腳介紹如下：VCC：+5V電源線；GND：接地線。P0口：P0.7P0.0，這組引腳共8條，其中P0.7為最高位，P0.0為最低位。這8條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，此時它需外接一上拉電阻才能正常工作。第二種情況是單片機帶片外存儲器，其各引腳在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)4 胡漢才.單片機原理及其接口技術M（

19、第2版）.北京：清華大學出版社.2004.第63頁.4。P1口：P1口是一個內(nèi)部含上拉電阻的8位雙向I/O口。它也可作為通用的I/O口使用，與P0口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而P0口沒有，故P0口在做該用途時需外接上拉電阻而P1口則無需。在FLASH編程和校驗時，P1口用于輸入片內(nèi)EPROM的低8位地址。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，它可以作為通用I/O口使用，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)，同時可與P0口的第二功能配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲單元，但此時不能傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號的單片機中，P2口還可以配合

20、P1口傳送片內(nèi)EPROM的12位地址中的高4位地址。P3口：P3口引腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，當P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平。它也可作為通用的I/O口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，P3口也作為一些特殊功能端口使用，如下所示：P3.0：RXD（串行數(shù)據(jù)接收口）P3.1：TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口）P3.2：（外部中斷0輸入）P3.3：（外部中斷1輸入）P3.4：T0（記數(shù)器0計數(shù)輸入）P3.5：T1（記時器1外部輸入）P3.6：（外部RAM寫選通信號）P3.7：（外部RAM讀選通信號） 圖2.1.1 AT89C51單片機 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個

21、機器周期的高電平狀態(tài)。ALE/：地址鎖存允許/編程線，當訪問片外存儲器時，在P0.7P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址的同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，單片機自動在ALE/線上輸出頻率為1/6晶振頻率的脈沖序列。：外部程序存儲器ROM的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，當保持低電平時，則在此期間允許使用片外程序存

22、儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當端保持高電平時，則允許使用片內(nèi)程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接單片機片內(nèi)OSC的定時反饋回路。2.1.4 LED數(shù)碼管簡介本系統(tǒng)選用五個LED數(shù)碼管來進行溫度顯示。LED又稱為數(shù)碼管，它主要是由8段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中 ag為數(shù)字和字符顯示段，dp為小數(shù)點的顯示，通過ag這7個發(fā)光二極管點亮的不同組合，可以顯示09和AF共16個數(shù)字和字母。LED數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結構，如下圖2.1.2(a)和圖2.1.

23、2(b) 所示。共陰極結構把8個發(fā)光二極管陰極連在一起，共陽極結構把8個發(fā)光二極管陽極連在一起。通過單片機引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼5 胡全.51單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示技術J .信息技術，2009,13:25265。b.共陽極a.共陰極數(shù)碼管引腳分配圖 圖2.1.2 七段LED數(shù)碼管表2.1.1 7段LED的段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD

24、3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH一個共陰極數(shù)碼管接至單片機的電路，要想顯示數(shù)字“7”須a、b、c這3個顯示段發(fā)光 （即這3個字段為高電平）只要在P0口輸入00000111（07H）即可。這里07H即為數(shù)字7的段選碼。字形與段選碼的關系見表2.1.1所示。2.2 各部分電路設計2.2.1 開關復位與晶振電路在單片機應用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接單片機片內(nèi)OSC的定時反饋回路。本設計中開關復位與晶振

25、電路如下圖所示，當按下按鍵開關S1時，系統(tǒng)復位一次。其中電容C1、C2為20pF，C3為10uF，電阻R2、R3為10k，晶振為11.0592MHz。圖2.2.1 系統(tǒng)復位與晶振電路2.2.2 獨立鍵盤連接電路鍵盤包括2個獨立按鍵S2和S3，一端與單片機的P1.3和P1.4口相連，另一端接地，當按下任一鍵時，P1口讀取低電平有效。系統(tǒng)上電后，進入鍵盤掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設定。其中按鍵S1為加按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對最初設定值加一，按鍵S2為減按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對初設定值進行減一計算。其接線圖如下：圖2.2.2 獨立鍵盤連接電路2.2.3 數(shù)碼管顯示電路本設計制

26、作中選用5位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖2.2.3所示。其中前3位數(shù)碼管DS1、DS2、DS3用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，可精確到0.1攝氏度，顯示范圍為099.9攝氏度；后2位數(shù)碼管DS4、DS5用于顯示系統(tǒng)設置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為099攝氏度。5位數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp線分別與單片機的P0.0P0.7口連接，其中P0口需接一10K的上拉電阻，以使單片機的P0口能夠輸出高低電平。5位數(shù)碼管的位選W1W5分別與單片機的P2.0P2.4口相連接，只要P2.0P2.4中任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數(shù)碼管。圖2

27、.2.3 數(shù)碼管顯示電路2.2.4 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計數(shù)時鐘周期來的作用，實現(xiàn)了特有的溫度測量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)，計數(shù)器預先置有與-55相對應的一個基權值。如果計數(shù)器計數(shù)到0時，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結束，則表示測量的溫度值高于-55，被預置在-55的溫度寄存器中的值就增加1，然后這個過程不斷重復，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結束為止。此時溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進制形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。由于溫度振蕩器的拋物線特

28、性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進行補償 6 李鋼,趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應用J.現(xiàn)代電子技術，2005,28(21)：7779.6。DS18B20在使用時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只須將DS18B20信號線與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度檢測7 馬云峰.單片機與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設計J.計算機測量與控制，2007,10(4)：278280.。在本設計中將DS18B20接在P1.7口實現(xiàn)溫度的采集。其與單片機的連接如圖2.2.4。圖2.2.4 溫度采集電路2.2.5 風扇電機驅

29、動與調速電路本設計中由單片機的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達林頓反向驅動器ULN2803驅動12V直流無刷風扇電機以及實現(xiàn)風扇電機速度的調節(jié)。鍵盤控制設置溫度，通過軟件向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.7口輸出與轉速相應的PWM脈沖，經(jīng)過ULN2803驅動風扇直流電機控制電路，實現(xiàn)電機轉速與啟停的自動控制8 王會明，侯加林. 智能電風扇控制器的研制J. 電子與自動化，1998,5(4)：2526.。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動，而環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機重新啟動

30、。電路如圖2.2.5所示，風扇電機的一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，ULN2803的IN7引腳與單片機的P3.1引腳相連，通過控制單片機的P3.1引腳輸出PWM信號，由此控制風扇直流電機的速度與啟停。圖2.2.5 風扇電機驅動與調速電 系統(tǒng)選用的風扇電機為12V直流無刷電機，單達林頓反向驅動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)中單片機I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風扇電機可以用ULN2803來驅動。第三章 軟件設計3.1 程序設置程序設計部分主要包括主程序、DS

31、18B20初始化函數(shù)、DS18B20溫度轉換函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、鍵盤掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風扇電機控制函數(shù)。DS18B20初始化函數(shù)完成對DS18B20的初始化；DS18B20溫度轉換函數(shù)完成對環(huán)境溫度的實時采集；溫度讀取函數(shù)完成主機對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算，鍵盤掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設定；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進行分析出理，為電機轉速的變化提供條件；風扇電機控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機轉速及啟停的控制。主程序流程圖如圖3.1.1：調用鍵盤掃描函數(shù)主程序開始調用數(shù)碼管顯示函數(shù)程序初始化調用溫度處理函數(shù)調用DS18B20初始化函數(shù)調用風扇電機控制函

32、數(shù)調用DS18B20溫度轉換函數(shù)結束 調用溫度讀取函數(shù)圖3.1.1 主程序流程圖3.2 用Keil C51編寫程序Keil C51是美國Keil Software公司開發(fā)的51系列兼容單片機C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與單片機匯編語言相比，C語言在不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數(shù)模塊可移植性強9 譚浩強.C程序設計M（第三版）.北京：清華大學出版社.2005.3765.，因而易學易用，效率高。隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前使用較多的MCS-51系列單片機開發(fā)的軟件。Keil C51軟件不僅提供了豐富的庫函數(shù)，而

33、且它強大的集成開發(fā)調試工具為程序編輯調試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。在使用時要先建立一個工程，然后添加文件并編寫程序，編寫好后再編輯調試。Keil C51的使用界面如圖3.2.1。圖3.2.1 Keil C51的使用界面3.3 用Proteus進行仿真3.3.1 Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其它EDA工具一樣有原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，他的電路仿真是互動的，可以根據(jù)仿真實時觀察到得現(xiàn)象驗證設計

34、的正確性及準確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。它還能配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器來顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等10 孫號.Proteus軟件在設計電子電路中的應用J .儀表技術，2009,8:7475，效果很好。Proteus有4個功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協(xié)同仿真功能以及實用的PCB設計平臺。其內(nèi)部元件庫含有豐富的元件，支持總線結構以及智能化的連線功能；支持主流CPU（如ARM、8051/52、AVR）及其通用外設模型的實時仿真等，為單片機的開發(fā)應用等帶來極大的便利。軟件使用的主界面如圖3.3.1。圖3.3.1 Proteus使用界面3.3.2

35、 本設計基于Proteus的仿真 首先啟動Proteus軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調出相應的原件，再根據(jù)要求改變各原件的屬性并把各個原件按原理圖連接起來。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到其中11 樓俊軍.基于Proteus和Keil的單片機演奏樂曲的實現(xiàn)J.科技信息，2010,23:第50頁。最后根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能分步進行仿真12 王文海，周歡喜.用Proteus實現(xiàn)51單片機的動態(tài)仿真調試J .IT技術，2006,20:1011。把溫度傳感器DS18B20溫度設置為26.4攝氏度，用鍵盤S2調節(jié)系統(tǒng)預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到

36、此時風扇直流電機的轉速為+14.2r/s，如圖3.3.2所示。圖3.3.2 Proteus仿真效果圖一當把溫度傳感器DS18B20溫度設置為28.4攝氏度，用鍵盤S2調節(jié)系統(tǒng)預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風扇電機的轉速為+23.3 r/s，如圖3.3.3所示。圖3.3.3 Proteus仿真效果圖二 當把溫度傳感器DS18B20溫度設置為33.4攝氏度，用鍵盤S2調節(jié)系統(tǒng)預設的溫度為22攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時直流風扇電機的轉速為+32.0 r/s，如圖3.3.4所示。圖3.3.4 Proteus仿真

37、效果圖三在上一步仿真的基礎上(溫度傳感器DS18B20溫度設置為33.4攝氏度，系統(tǒng)預設的溫度為22攝氏度)，用鍵盤S2調節(jié)系統(tǒng)預設溫度至34攝氏度，此時可知系統(tǒng)預設溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風扇電機的轉速逐漸變慢，最后轉速變?yōu)?，符合系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，如圖3.3.5所示。圖3.3.5 Proteus仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風扇電機在系統(tǒng)設定溫度一定的情況下，其轉速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。當環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預設的溫度時，風扇自動停止運轉，實現(xiàn)了系統(tǒng)所設計的功能。當然，在此沒有實現(xiàn)風扇直流電機的無級調速，本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機在隨環(huán)境溫度變

38、化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化風扇電機轉速是不變的，只有超過了設定的某一界限時轉速才會變化。第四章 系統(tǒng)調試4.1 軟件調試4.1.1 按鍵顯示部分的調試起初根據(jù)設計編寫的系統(tǒng)程序：程序的鍵盤接口采用P1口，數(shù)碼管顯示采用P0口控制LED的斷碼，P2口控制LED的位碼，從而實現(xiàn)鍵盤功能及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調試時，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈，當按下鍵時，顯示并不變化。經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn)鍵盤掃描程序沒有沒有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定程度的抖動，從而可能使單片機做出錯誤的判斷，導致按鍵條件預設溫度時失靈，甚至根

39、本不能工作。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖部分，即在按鍵按下與松手時加入延時判斷，以檢測鍵盤是否真的按下或已完全松手。數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所以數(shù)碼管的段碼都由P0口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設置顯示段碼的暫存器，導致當P0口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。應在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設定存儲段碼的空間。在鍵盤加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能夠工作，達到了較好的效果。4.1.2 傳感器DS18B20溫度采集部分調試 由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，為軟件的設計和調試

40、帶來了極大的簡便，小體積、低功耗、高精度為控制電機的精度和穩(wěn)定提供了可能。軟件設計采用P3.1口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進行處理后才能顯示，從而多了溫度轉換程序。通過軟件設計，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度的連續(xù)檢測，由于硬件LED個數(shù)的限制，只顯示了預設溫度的整數(shù)部分。在溫度轉換程序中，為了能夠正確的檢測并顯示溫度的小數(shù)位，程序中把檢測的溫度與10相乘后，再按一個三位的整數(shù)來處理。如把24.5變?yōu)?45來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。4.1.3 電動機調速電路部分調試在本設計中，采用了達林頓反向驅動器ULN2803驅動直流電機，其可驅動八個直流電機，本系統(tǒng)僅驅動一個。軟件設置了P3.

41、1口輸出不同的PWM波形，通過達林頓反向驅動器ULN2803驅動直流電機轉動，通過軟件中程序設定，根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。程序實現(xiàn)了P3.1口的PWM波形輸出，當外界溫度低于設置溫度時，電機不轉動或自動停止轉動；當外界溫度高于設置溫度時，電機的轉速升高或是自動開始轉動，且外界溫度與設置溫度的差值越大，電機轉速越高，即占空比增加。在本系統(tǒng)中風扇電機的轉速可實現(xiàn)四級調速。通過溫度傳感器檢測的溫度與系統(tǒng)預設溫度值的比較，實現(xiàn)轉速變換。當檢測到的溫度比預設的溫度每增加5攝氏度時，風扇電機轉速增加一級。4.2 硬件調試4.2.1 按鍵顯示部分的調試 系統(tǒng)按鍵

42、部分實現(xiàn)了以下功能：按下P1.3口鍵，LED的后兩位顯示溫度值增一；按下P1.4口鍵，LED的后兩位顯示溫度值減一。調試過程中出現(xiàn)了當按鍵時間過長時，設置的溫度值不是增一或者減一，而是增加后減少幾個值，出現(xiàn)這種情況的主要元嬰可能是按鍵的去抖動延時時間過長造成，改進方法為將對應的按鍵去抖動延時時間適量增加，但也不應過長，否則將出現(xiàn)按鍵無效的情形。系統(tǒng)顯示部分實現(xiàn)了以下功能：LED顯示的前三位實現(xiàn)了環(huán)境溫度整數(shù)部分與小數(shù)部分的連續(xù)顯示，LED的后兩位能根據(jù)按鍵的調整顯示所需要的設計溫度。且LED的顯示效果很好，很穩(wěn)定。4.2.2 傳感器DS18B20溫度采集部分調試將DS18B20芯片接在系統(tǒng)板對

43、應的P3.1口，通過插針在對應系統(tǒng)板的右下側三口即為對應的VCC、P3.1和GND，可將芯片直接插在該插針上，因此即為方便。系統(tǒng)調試中為驗證DS18B20是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn)LED顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了DS18B20能在系統(tǒng)板上工作。由于DS18B20為3個引腳，因此在調試過程中因注意其各個引腳的對應位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。4.2.3 電動機調速電路部分調試系統(tǒng)本部分的設計中重在軟件設計，因為外圍的驅動電路只是將送來的PWM信號放大從而驅動電機轉動。系統(tǒng)軟件設置在P3.1口輸出使電機轉動的PWM占空比，當環(huán)境溫度高于設置溫度

44、時，電機開始轉動，若此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近測溫芯片DS18B20時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速在升高，并越來越快，當達到一定值時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速不再升高；將熱源離開測溫芯片DS18B20時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速開始下降，轉速達到一定值時，若將設置溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機又停止了轉動。系統(tǒng)采用的直流電機為12V的額定電壓，而該驅動電路在采用單片機電源時的輸出電壓最高不過5V，因此在調試過程中只采用了原有的5V直流電機來調試，且得到了可觀的控制效果。4.3 系統(tǒng)功能4.3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制風扇直流電機輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同

45、的轉動速度，亦可根據(jù)鍵盤調節(jié)不同的設置溫度，再由環(huán)境溫度與設置溫度的差值來控制電機。當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動；當環(huán)境溫度高于設置溫度時，單片機對應輸出口輸出不同占空比的PWM信號，控制電機開始轉動，并隨著環(huán)境溫度與設置溫度的差值的增加電機的轉速逐漸升高。 系統(tǒng)還能動態(tài)的顯示當前溫度和設置溫度，并能通過鍵盤調節(jié)當前的設置溫度。4.3.2 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)總體上由五部分來組成，既按鍵與復位電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度檢測電路、電機驅動電路。首先考濾的是溫度檢測電路，該部分是整個系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測到環(huán)境溫度，才能用單片機來判斷溫度的高低，然后通過單片機控制直流風扇電機的轉速；其

46、次是電機驅動電路，該部分需要使用外圍電路將單片機輸出的PWM信號轉化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的PWM波形得到不同的平均電壓，從而控制電機的轉速，電路的設計中采用了達林頓反向驅動器ULN2803，實現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該部分的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度和設置溫度的顯示，其中DS18B20采集環(huán)境溫度，按鍵實現(xiàn)不同設置溫度的調整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和設置溫度的及時連續(xù)顯示。結 論 本次設計的系統(tǒng)以單片機為控制核心，以溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調節(jié)不同的風扇電機轉速，在一定范圍能能實現(xiàn)轉速的連續(xù)調節(jié)，LED數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度和設置溫度，并

47、能通過兩個獨立按鍵調節(jié)不同的設置溫度，從而改變環(huán)境溫度與設置溫度的差值，進而改變電機轉速。實現(xiàn)了基于單片機的溫控風扇的設計。本系統(tǒng)設計可推廣到各種電動機的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電動機的轉速調節(jié)。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)可用于簡單的日常風扇的智能控制，為生活帶來便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以改變不同的輸入信號，實現(xiàn)對不同信號輸入控制電機的轉速，進而實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，如在電力系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負荷達到不同的電壓信號，再由電壓信號調節(jié)不同的發(fā)電機轉速，進而調節(jié)發(fā)電量，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化調節(jié)。綜上所述，該系統(tǒng)的設計和研究在社會生產(chǎn)和生活中具有重要地位。參考文獻1 李學龍.使用單片機控制的智能遙控電風扇控制器J.電子

48、電路制作，2003,9:1315.2 藍厚榮.單片機的PWM控制技術J.工業(yè)控制計算機.2010,23(3):97983 郭天祥.新概念51單片機C語言教程M.北京：電子工業(yè)出版社.2009.3423444 胡漢才.單片機原理及其接口技術M（第2版）.北京：清華大學出版社.2004.4977.5 胡全. 51單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示技術J .信息技術，2009,13:25266 李鋼，趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應用J.現(xiàn)代電子技術，2005,28(21):7779.7 馬云峰.單片機與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設計J.計算機測量與控制,2007,10(4)

49、：278280.8 王會明，侯加林.智能電風扇控制器的研制J.電子與自動化,1998,5(4):2526.9 譚浩強.C程序設計M（第三版）.北京：清華大學出版社.2005.3765.10 孫號. Proteus軟件在設計電子電路中的應用J.儀表技術，2009，8:747511 樓俊軍.基于Proteus和Keil的單片機演奏樂曲的實現(xiàn)J .科技信息，2010,23:第50頁12 王文海，周歡喜.用Proteus實現(xiàn)51單片機的動態(tài)仿真調試J.IT技術，2006,20:101113 丁建軍，陳定方，周國柱. 基于AT89C51的智能電風扇控制系統(tǒng)J.湖北工學院學報，2003,18(2):606

50、3.14 王會明，侯加林. 智能電風扇控制器的研制J. 電子與自動化，1998,5(4)：2526.15 劉進山. 基于MCS-51電風扇智能調速器的設計J. 廣州：電子質量，2004,10(10)：71. 附錄1：電路總圖附圖1 電路總圖附錄2：程序代碼#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P17;sbit key1=P13;sbit key2=P14;sbit dianji=P31;float ff;uint y3;uchar shi,ge,xiaoshu,sheding=20,gaonum

51、,dinum;uchar code dispcode= /段碼0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; uchar code tablel= /帶小數(shù)點的段碼0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;uchar dispbitcode= /位選0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7, 0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f; uchar disp

52、buf8=0,0,0,0,0,0,0,0; void Delay(uint num)/ 延時函數(shù)while( -num );void digitalshow(uchar a4,uchar a3,uchar a2,uchar a1,uchar a0)dispbuf0=a0; dispbuf1=a1;dispbuf2=a2;dispbuf3=a3;dispbuf4=a4;P2=0 xff;P0=dispcodedispbuf0;P2=dispbitcode5;Delay(1); P2=0 xff;P0=dispcodedispbuf1;P2=dispbitcode4;Delay(1);P2=0 x

53、ff;P0=dispcodedispbuf2;P2=dispbitcode2;Delay(1);P2=0 xff;P0=tableldispbuf3;P2=dispbitcode1;Delay(1);P2=0 xff;P0=dispcodedispbuf4;P2=dispbitcode0;Delay(1);void dmsec(uint count) uint i;/ 1ms延時while(count-) for(i=0;i125;i+)void tmreset(void) DQ=0;Delay(90);/ 精確延時 大于 480usDQ=1;Delay(4);/ 90，4 可以小范圍變化vo

54、id tmpre(void) while(DQ);while(DQ);Delay(4); bit tmrbit(void) uint i;bit dat;DQ=0;i+; / i+;大概1usDQ=1;i+;i+; dat=DQ;Delay(8); return(dat);uchar tmrbyte(void) /讀一個比特 uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+) j=tmrbit();dat=(j1);return(dat);void tmwbyte(uchar dat) /寫一個比特 uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j1;/

55、 從低位開始if(testb) / Write 1DQ=0; / 先拉低 i+;i+;/ 1us DQ=1;Delay(4); else / Write 0DQ=0; Delay(4); DQ=1;i+;i+; / 再拉高 void tmstart(void) /ds1820開始轉換 dmsec(1); tmreset(); tmpre(); dmsec(1); tmwbyte(0 xcc); / skip rom tmwbyte(0 x44); / 轉換uchar tmrtemp(void) /讀取溫度 uchar a,b;tmreset();tmpre();dmsec(1);tmwbyte

56、(0 xcc); / skip romtmwbyte(0 xbe);/ 轉換a=tmrbyte(); / LSB低8位b=tmrbyte();/ MSB高8位y3=b;y3=8;y3=y3|a;ff=y3*0.0625;y3=ff*10+0.5;return(y3);void keyscan(void)if(key1=0)dmsec(5);if(key1=0)sheding+;if(sheding=100)sheding=20;while(!key1);else if(key2=0)dmsec(5);if(key2=0)sheding-;if(sheding=0)sheding=20;whil

57、e(!key2);void deal(uint tmp) /溫度處理if(tmpsheding)&(tmp(sheding+5)&(tmp(sheding+10)&(tmp=(sheding+15)gaonum=3;dinum=1;elsegaonum=4;dinum=0;void dianjik() /電機控制 uchar q,i; for(q=0;q0;i-) digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); for(q=0;q0;i-) digitalshow(shi,ge,xiaoshu,sheding/10,sheding%10); void main(void)